Книга по химии для домашнего чтения - Степин Борис Дмитриевич (читать книги онлайн бесплатно полностью без .txt) 📗

Следует учесть, однако, что ряд органических веществ, не содержащих галогенов (например, карбамид, см. 8.5) тоже окрашивают пламя в зеленоватый цвет.

8.3. РЕАКЦИЯ БУНЗЕНА И РЕАКТИВ ФИШЕРА

Прямое назначение реактива Фишера (Карл Фишер — немецкий химик-аналитик) — определение содержания воды в органических и неорганических веществах. Реакция, положенная в основу этого метода, — взаимодействие иода I₂ с диоксидом серы SO₂:

I₂ + SO₂ + 2H₂O ↔ 2HI + H₂SO₄

была открыта Бунзеном еще в 1853 г. В безводной среде I₂ с SO₂ не реагирует, но достаточно уже следов влаги, чтобы реакция началась. В 1935 г. Фишер сделал реакцию Бунзена аналитической, проходящей со 100%-м выходом, добавив к I₂ и SO₂ пиридин C₅H₅N и метанол CH₃OH (см. 1.60). Пиридин связывает продукты реакции, а метанол служит растворителем исходных веществ:

2C₅H₅N∙I₂ + C₅H₅N∙SO₂ + H₂O = 2C₅H₅N∙HI + C₅H₅N∙SO₃.

Смесь метанола, пиридина, иода и диоксида серы получила название реактива Фишера.

8.4. НЕССЛЕР ИЛИ КЬЕЛЬДАЛЬ?

Агрохимическая лаборатория находилась неподалеку от животноводческого комплекса. Удивительно, но факт: в те дни, когда ветер дул от ферм в сторону лаборатории, все анализы на содержание азота в карбамиде (мочевине) и других азотсодержащих удобрениях были испорчены, так как показывали невероятное, почти стократное превышение. Почему определение азота зависело от направления ветра?

Чаще всего в лаборатории используют для анализа азотсодержащих веществ методы Несслера или Кьельдаля.

Юлиус Несслер (1827–1905) — немецкий химик-аналитик — предложил в 1868 г. для качественного и количественного определения примесей аммиака NH₃ и солей аммония (например, хлорида аммония, см. 1.44) в различных веществах реакцию взаимодействия аммиака с щелочным раствором комплексного соединения тетраиодомеркурата калия K₂(HgI₄):

2K₂(HgI₄) + NH₃ + 3КОН = (Hg₂N)I∙H₂O + 7KI + 2Н₂O.

В результате реакции образуется вещество (Hg₂N)I∙H₂O, придающее анализируемому раствору желтый цвет, когда аммиака очень мало. При больших его количествах выпадает осадок бурого цвета.

Позднее, в 1883 г., Иохан-Густав-Кристоффер Кьельдаль (1849–1900), датский химик, разработал другой метод анализа, названный впоследствии его именем. Вещество, которое предстоит анализировать, он сначала разлагал кипячением с концентрированной серной кислотой, часто в присутствии катализаторов. При этом азот органического соединения превращался в сульфат аммония (NH₄)₂SO₄, как, например, в случае анализа карбамида CO(NH₂)₂:

CO(NH₂)₂ + H₂SO₄ + H₂O = CO₂↑ + (NH₄)₂SO₄.

После добавления к сульфату аммония раствора гидроксида натрия NaOH выделялся газообразный аммиак, который нагреванием удаляли из раствора:

(NH₄)₂SO₄ + 2NaOH = 2NH₃↑ + Na₂SO₄ + 2Н₂О↑

и поглощали точно отмеренным количеством разбавленной серной кислоты. Можно для определения количества аммиака (или катиона аммония) в завершающей части анализа использовать и реакцию Несслера.

В воздухе животноводческого помещения всегда повышенное содержание аммиака; аммиак отлично поглощается водой и кислотами, а это приводит к большому искажению результатов химического анализа.

8.5. ВСЛЕД ЗА ВЁЛЕРОМ

Вёлер (см. 2.18) в 1828 г. случайно (см. 9.19) обнаружил, что при нагревании водного раствора цианата аммония NH₄NCO образуется карбамид (NH₂)₂CO (мочевина). Это был первый синтез органического вещества из неорганического, проведенный чисто химическим методом в лаборатории:

NH₄NCO ↔ (NH₂)₂CO,

а сама реакция получила название реакции Вёлера. Это пример обратимой реакции таутомерии — превращения одного структурного изомера в другой.

Прошло сорок лет, и карбамид стали получать по реакции Александра Ивановича Базарова (1845–1907), русского химика и агронома, директора Никитского ботанического сада в Крыму. Синтез карбамида по Базарову состоял во взаимодействии аммиака NH₃ и диоксида углерода CO₂ при 180°C в присутствии пара воды как катализатора (см. 6.5).:

2NH₃ + CO₂ = (NH₂)₂CO + H₂O

Любопытно, что применение другой реакции Вёлера сохранилось до наших дней. Она лежит в основе современного промышленного способа получения белого фосфора (см. 4.26):

Ca₃(PO₄)₂ + 5C + 3SiO₂ = P₂↑ + 5СО↑ + 3CaSiO₃.

Фосфат кальция Ca₃(PO₄)₂ (апатит, фосфорит, см. 10.49) смешивают с коксом C и диоксидом кремния SiO₂ (песок), а затем прокаливают. Фосфор состава P₂ возгоняется из реакционной смеси и конденсируется в холодильнике уже в виде белого воскообразного вещества состава P₄ — белого фосфора. Вместе с ним удаляется и газообразный монооксид углерода СО, а в реакторе остается расплавленный метасиликат кальция CaSiO₃.

8.6. СТАРЕЙШИЙ СПОСОБ

Знаете ли вы, что в основе одного из самых старых способов получения чистой ортофосфорной кислоты лежит реакция Маргграфа?

Маргграф (см. 1.61) предложил получать ортофосфорную кислоту H₃PO₄ нагреванием белого или красного фосфора с азотной кислотой:

P₄ + 20HNO₃ = 4Н₃РO₄ + 20NO₂↑ + 4Н₂O.

После удаления газообразного диоксида азота остается только водный раствор ортофосфорной кислоты (см. 5.75).

8.7. ЗНАМЕНИТАЯ БЕРТОЛЕТОВА СОЛЬ

Для получения триоксохлората калия KClO₃ Бертолле (см. 2.41) предложил пропускать хлор Cl₂ в горячий раствор гидроксида калия KOH в воде. Уже через несколько минут из раствора начинают выпадать белые пластинчатые кристаллы KClO₃:

6КOН + Cl₂ = KClO₃ + 5КСl + 3Н₂O.

Кристаллы отфильтровывают и высушивают при температуре не выше 100°С. Триоксохлорат калия применяют в производстве спичек (см. 1.30–1.32). Описанная выше простая реакция получила впоследствии название реакции Бертолле, а ее продукт — «бертолетова соль» (см. 9.39).

8.8. СМЕСЬ КИБАЛЬЧИЧА

Так называли смесь, состоящую из триоксохлората калия KClO₃ и сахара C₁₂H₂₂O₁₁. Ее использовали в качестве запала к кустарно изготовленным бомбам. Если смочить смесь каплей концентрированной серной кислоты H₂SO₄, то происходит сильная вспышка (см. 1.28):